EP0252198A1 - Interrupteur électromagnétique - Google Patents

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EP0252198A1
EP0252198A1 EP86870071A EP86870071A EP0252198A1 EP 0252198 A1 EP0252198 A1 EP 0252198A1 EP 86870071 A EP86870071 A EP 86870071A EP 86870071 A EP86870071 A EP 86870071A EP 0252198 A1 EP0252198 A1 EP 0252198A1
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EP
European Patent Office
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lever
electromagnetic switch
switch according
electromagnet
rotation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP86870071A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Joseph Fernand Hensenne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Belgium SA
Original Assignee
ACEC Transport SA
ACEC SA
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Filing date
Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/16—Magnetic circuit arrangements
    • H01H50/18—Movable parts of magnetic circuits, e.g. armature
    • H01H50/30—Mechanical arrangements for preventing or damping vibration or shock, e.g. by balancing of armature

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic switch, more particularly to a switch intended to interrupt or close a direct current circuit at medium or high voltage.
  • the present invention aims to provide electromagnetic switches which have good resistance to mechanical shock, such as shock on the order of 3 g.
  • Another object of the present invention is to provide electromagnetic switches which can operate safely, under difficult conditions of use, while having a significantly reduced size compared to conventional switches.
  • Another object of the present invention is to provide an electromagnetic switch in which the stroke of the movable contact relative to the fixed contact is reduced to a minimum, the opening angle of the armature being very small (less than 10 °) so as to increase the breaking speeds, the service life of the switch, and the operating safety thereof.
  • Another object of the present invention is to provide a very simple electromagnetic switch and having high mechanical endurance, even under the aforementioned difficult operating conditions.
  • the electromagnetic switch is characterized in that the lever secured to the movable frame is tiltably arranged on an axis of rotation arranged in such a way that the two arms of the lever disposed on either side of said axis of rotation are in equilibrium with regard to the masses.
  • the axis of rotation of the lever secured to the movable armature is arranged on the fixed armature of the electromagnet.
  • the balancing of the lever has shown that the forces of attraction to be exerted by the electromagnet to separate or close the contacts are significantly reduced compared to the prior art. Indeed, the torque created by the attraction force exerted by the electromagnet on the movable armature must be greater than the torque generated by the return force, which must be calculated so as to be able to withstand shocks or accelerations. In the case of the device of the invention in which the mobile masses are in equilibrium, the restoring force is lower and, therefore, the attraction force can also be lower.
  • the electromagnet can be dimensioned more weakly and thus reduce the dimensions of the device. In addition, this results in reduced energy consumption for controlling the switch according to the invention.
  • the reduced device dimensions make it possible to reduce the distance between the axis of rotation of the lever and the axis of the electromagnet. It follows that for a distance of identical contacts, one can use a smaller opening angle; which places the device in better operating conditions.
  • Another advantage which results from the arrangement according to the invention lies in the fact that the contacts are clearly less subject to rebounding. As a result, the life of the contacts and of the contactor in general is significantly increased.
  • the return spring acting in the opposite direction of the force of the electromagnet is arranged near the point of rotation of the lever.
  • the point of rotation of the movable armature and the associated lever can be arranged as close as possible to the axis of the electromagnet, for example on the edge of the fixed armature disposed on the coil side of the electromagnet. Reducing the opening angle to less than 10 ° makes it possible to operate the switch under conditions in which the force acting on the armature is greatest. This makes it possible to make the best use of the electromagnet used and possibly to reduce its dimensioning compared to known devices, for a given force.
  • the switch according to the present invention comprises a frame 1 to which is fixed a fixed magnetic armature 3 equipped with an electromagnetic coil 5.
  • a movable armature 7 secured to a lever 9 can tilt on an axis d hinge 11 arranged on the end 13 of the fixed armature of the electromagnet.
  • the masses of the arms of the lever situated on either side of the axis of rotation 11 are balanced by means of the equation of the balance of the moments with respect to point 11.
  • the point of rotation 11 consists of a knife joint.
  • This construction is particularly advantageous, since the manufacture is very simple and inexpensive.
  • this joint offers the least risk of breakdowns and has a particularly good service life.
  • deviations from the source or during operation with respect to the ideal geometry generate parasitic forces whose effect attempts to return the lever to its optimal position.
  • the lever comprises, at one end, the movable contact 15 which will be described later. This is moved aside or applied against a fixed contact 17, according to the electromagnetic control applied to the lever 9.
  • Said lever 9 can also comprise, for example at the opposite end, auxiliary contacts 19, 20 known per se, fixed by means of a stirrup 21 to the chassis 1, the lever being always balanced from the point of view of the masses .
  • the lever 9 which is balanced according to the invention, possibly with the aid of additional weights (not shown) is also provided with a return spring 23 which bears against the frame 1 at 25 and against the lever 9 at 27 According to the present invention, said return spring 23 acts on the lever 9 near the point of rotation 11. It can easily be seen that, in this way, these forces ensure permanent contact at point 11.
  • the fixed contact 17 can be equipped with blowing horns 31, 32 known per se intended to deflect an electric arc which may have formed.
  • blowing horns 31, 32 are advantageously associated with a conventional breaking chamber 33 which is intended to lengthen the electric arc by laminating it to cool it.
  • the movable contact is also equipped with large horns 35, 36 intended to guide a possible electric arc in a certain direction in order to prevent the arc from destroying the silver studs.
  • FIG. 2 shows in more detail the movable contact 15 assembled on the end of the lever 9.
  • the movable contact 15 provided with horns 35 and 36 is mounted on the end of the lever 9 via a sleeve 41 integral with the lever, comprising a spring 43 which attracts the movable contact 15 towards the lever, while allowing it relative movements of the ball joint, thanks to a cylindrical boss 45 practiced in the movable contact 15 and adapted to a corresponding recess made in the sheath and by means of a semi-cylindrical nut 47 serving as a stop.
  • This particularly advantageous arrangement allows rapid replacement of the wear part constituted by the movable contact.
  • the cylindrical nut allows correct positioning of the movable contacts which are configured so that the two studs come into contact simultaneously so as to avoid premature wear of one of them.
  • Another wearing part which must be able to be replaced quickly is the bottom of the break box.
  • This advantageously comprises an insulating plate 18 pierced, in the center, with a passage hole (16) of the sleeve 41. Said plate is freely placed in its housing, but it cannot leave it under the effect of a shock any since the blowing horns 31, 32 prevent too much vertical movement and the blowing box prevents too much lateral movement. This free mounting of course allows the fixed contact to resume thermal shock.
  • the fixed contaxts 17 are riveted on the blowing horns. In this way, good cooling, good electrical connection, mechanical fixing of the movable contacts and easy replacement thereof are obtained at the same time as the blowing horns.
  • an electromagnetic switch according to the invention can be dimensioned 3 to 4 times weaker than a conventional switch for cutting a current. of the same intensity.
  • the switches according to the present invention gain interest and are economically more advantageous than pneumatic switches, in particular in the aforementioned applications.

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  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)

Abstract

Interrupteur électromagnétique comportant un électroaimant (3, 5) équipé d'une armature mobile bascula­ble (7) prolongée de manière à former un levier (9) por­tant à son extrémité un contact mobile (15) déplaçable par rapport à un contact fixe (17), les mouvements d'ouverture et/ou de fermeture du contact étant commandés par l'élec­troaimant (3) et par un ressort de rappel (23) caractérisé en ce que le levier (9) solidaire de l'armature mobile (7) est agencé de manière basculable sur un axe de rotation (11) disposé de manière telle que les deux bras du levier disposés de part et d'autre du point de rotation (11) soient en équilibre du point de vue des masses.

Description

  • La présente invention se rapporte à un interrup­teur électromagnétique, plus particulièrement à un inter­rupteur destiné à interrompre ou à fermer un circuit de courant continu à moyenne ou haute tension.
  • On connaît divers types d'interrupteurs électro­magnétiques comportant un électroaimant équipé d'une arma­ture mobile basculable prolongée de manière à former un levier portant à son extrémité un contact mobile déplaça­ble par rapport à un contact fixe, les mouvements d'ouver­ture et de fermeture du contact étant commandés par l'élec­troaimant et par un ressort de rappel. Généralement, ces interrupteurs électromagnétiques sont assez encombrants, notamment lorsqu'il s'agit de couper ou de fermer des circuits à haute tension. Par ailleurs, ces interrupteurs qui sont assez sensibles aux vibrations et aux chocs ne conviennent généralement pas pour être montés dans des installations électriques mobiles telles que les véhicules de chemin de fer, les véhicules électriques métropolitains et analogues dans lesquels les chocs de tamponnement peu­vent enclencher et/ou déclencher accidentellement un interrupteur.
  • En outre, la commande d'interrupteurs électroma­gnétiques destinés à la coupure ou à la fermeture de cir­cuits à moyenne ou haute tension consomme des énergies électriques non négligeables qui risquent d'influencer le bilan global des installations, notamment lorsque les conditions de sécurité sont sévères. Pour cette raison d'ailleurs, certains constructeurs se sont tournés vers les interrupteurs pneumatiques qui sont cependant encom­brants, nécessitent une centrale à air comprimé et dont les vannes électromagnétiques sont sensibles aux pannes et allongent les temps de réponse.
  • La présente invention vise à fournir des inter­rupteurs électromagnétiques qui présentent une bonne ré­sistance aux chocs mécaniques, tels que des chocs de l'or­dre de 3 g.
  • Un autre but de la présente invention vise à fournir des interrupteurs électromagnétiques qui peuvent fonctionner en toute sécurité, dans des conditions d'utili­sation difficiles, tout en présentant un encombrement nota­blement réduit par rapport aux interrupteurs classiques.
  • Un autre but de la présente invention vise à fournir un interrupteur électromagnétique dans lequel la course du contact mobile par rapport au contact fixe est réduite à un minimum, l'angle d'ouverture de l'armature étant très faible (inférieur à 10°) de manière à augmenter les vitesses de coupure, la durée de vie de l'interrup­teur, et la sécurité de fonctionnement de celui-ci.
  • Un autre but de la présente invention vise à fournir un interrupteur électromagnétique très simple et présentant une endurance mécanique élevée, même dans les conditions de fonctionnement difficiles susmentionnées.
  • Selon la présente invention, l'interrupteur électromagnétique est caractérisé en ce que le levier solidaire de l'armature mobile est agencé de manière bas­culable sur un axe de rotation disposé de manière telle que les deux bras du levier disposés de part et d'autre dudit axe de rotation soient en équilibre pour ce qui concerne les masses.
  • Avantageusement, l'axe de rotation du levier solidaire de l'armature mobile est agencé sur l'armature fixe de l'électroaimant.
  • Il apparait que le fait d'agencer le levier selon la présente invention permet d'obtenir un interrup­teur notablement moins sensible aux vibrations et aux chocs. Un interrupteur construit selon la présente inven­tion résiste, en effet, sensiblement mieux aux chocs que les interrupteurs classiques et trouve, de ce fait, une application dans les véhicules électriques tels que véhi­cules de chemin de fer et autres.
  • Par ailleurs, l'équilibrage du levier a montré que les forces d'attraction à exercer par l'électroaimant pour séparer ou fermer les contacts sont notablement rédui­tes par rapport à l'état de la technique. En effet, le couple créé par la force d'attraction exercée par l'élec­troaimant sur l'armature mobile doit être supérieur au couple généré par l'effort de rappel, qui lui doit être calculé de manière à pouvoir résister aux chocs ou accélé­rations. Dans le cas du dispositif de l'invention dans lequel les masses mobiles sont en équilibre, l'effort de rappel est moins élevé et, de ce fait, l'effort d'attrac­tion peut également être plus faible.
  • Il en résulte qu'on peut dimensionner l'électro­aimant plus faiblement et réduire ainsi les dimensions de l'appareil. De plus, ceci entraîne une consommation d'éner­gie réduite pour la commande de l'interrupteur selon l'invention.
  • Les dimensions d'appareil réduites permettent de réduire la distance entre l'axe de rotation du levier et l'axe de l'électroaiment. Il en résulte que pour une distance des contacts identiques, on peut faire appel à un angle d'ouverture plus petit; ce qui place l'appareil dans de meilleurs conditions de fonctionnement.
  • Un autre avantage qui résulte de l'agencement selon l'invention, réside dans le fait que les contacts ne sont nettement moins soumis au rebondissement. De ce fait, la durée de vie des contacts et du contacteur en général est sensiblement augmentée.
  • Selon une forme d'exécution particulièrement avantageuse de l'interrupteur selon la présente invention, le ressort de rappel agissant dans le sens opposé de la force de l'électroaimant est disposé à proximité du point de rotation du levier.
  • De cette manière, les efforts tendant à séparer les composants de la charnière sont contrebalancés par le ressort. Cette construction permet également d'assurer une grande robustesse de fonctionnement l'interrupteur selon l'invention et d'améliorer l'endurance mécanique de celui-­ci. Un dimensionnement approprié du ressort permet une accélération importante du mouvement du contact mobile et un effort d'ouverture suffisant pour vaincre les micro­soudures et obtenir une position stable, dans la position ouverte.
  • En vue d'obtenir un angle d'ouverture minimum, on peut disposer le point de rotation de l'armature mobile et du levier qui y est associé, le plus près possible de l'axe de l'électroaimant, par exemple sur l'arête de l'ar­mature fixe disposée du côté de la bobine de l'électroai­mant. Une réduction de l'angle d'ouverture à moins de 10° permet de faire fonctionner l'interrupteur dans des condi­tions dans lesquelles l'effort agissant sur l'armature est le plus important. Ceci permet d'exploiter au mieux l'élec­troaimant utilisé et éventuellement d'en réduire le dimen­sionnement par rapport aux appareils connus, pour un effort donné.
  • D'autres détails apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'une forme d'exécution pré­férée donnée à titre d'exemple à l'appui des figures dans lesquelles:
    • - la figure 1 est und vue latérale schématique de l'inter­rupteur de l'invention, et
    • - la figure 2 est une vue en détail de l'armature mobile.
  • En référence à la figure 1, l'interrupteur selon la présente invention comporte un châssis 1 auquel est fixé une armature magnétique fixe 3 équipée d'une bobine électromagnétique 5. Une armature mobile 7 solidaire d'un levier 9 peut basculer sur un axe d'articulation 11 agencé sur l'extrémité 13 de l'armature fixe de l'électoaimant. Les masses des branches du levier situées de part et d'autre de l'axe de rotation 11 sont équilibrées moyennant l'équation de l'équilibre des moments par rapport au point 11.
  • comme on peut le voir à la figure, le point de rotation 11 consiste en une articulation à couteau. Cette construction est particulièrement avantageuse, étant donné que la fabrication est très simple et peu onéreuse. De plus, cette articulation offre le moins de risques de pannes et présente une durée de vie particulièrement bon­ne. A l'opposé d'un interrupteur électromagnétique à noyau plongeur, les les déviations d'origine ou en cours de fonctionnement par rapport à la géométrie idéale génèrent des efforts parasites dont l'effet tente de ramener le levier dans sa position optimale.
  • Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à ce type d'axe de rotation, mais que l'on peut également prévoir d'autres formes d'exécution telles qu'une rotule, un arbre monté sur roulement et analogue.
  • De manière classique, le levier comporte, à une extrémité, le contact mobile 15 qui sera décrit ultérieu­rement. Celui-ci est écarté ou appliqué contre un contact fixe 17, selon la commande électromagnétique appliquée au levier 9.
  • Ledit levier 9 peut également comporter, par exemple à l'extrémité opposée, des contacts auxiliaires 19, 20 connus en soi, fixés par l'intermédiaire d'un étrier 21 au châssis 1, le levier étant toujours équilibré du point de vue des masses.
  • Le levier 9 qui est équilibré selon l'invention, éventuellement à l'aide de masselottes supplémentaires (non représentées) est également muni d'un ressort de rappel 23 qui s'appuie contre le châssis 1 en 25 et contre le levier 9 en 27. Selon la présente invention, ledit ressort de rappel 23 agit sur le levier 9 à proximité du point de rotation 11. On constate aisément que, de cette manière, ces efforts assurent un contact permanent au point 11.
  • De plus, en dimensionnant le ressort 23 de telle sorte que sa compression maximale pour déloger l'armature mobile 7 de l'axe de rotation 11 soit supérieure à sa longueur à spires jointives, on assure une articulation à couteau particulièrement adéquate et avantageuse.
  • Dans la figure, les traits gras représentent le levier en position "contacts ouverts" et les traits inter­rompus représentent le levier en position "contacts fermés".
  • De manière connue en soi, le contact fixe 17 peut être équipé de cornes de soufflage 31, 32 connues en soi destinées à dévier un arc électrique qui se serait éventuellement formé. De telles cornes de soufflage 31, 32 sont avantageusement associées à une chambre de coupure classique 33 qui est destinée à allonger l'arc électrique en le laminant pour le refroidir. Avantageusement, le contact mobile est également équipé de cornes importantes 35, 36 destinées à guider un arc électrique éventuel dans une certaine direction afin d'éviter que l'arc ne détruise les plots en argent.
  • La figure 2 représente plus en détail le contact mobile 15 assemblé sur l'extrémité du levier 9. En vue d'assurer un contact dans de bonnes conditions entre les contacts fixe et mobile 17, 15, le contact mobile 15 muni de cornes 35 et 36 est monté sur l'extrémité du levier 9 via un fourreau 41 solidaire du levier, comportant un ressort 43 qui attire le contact mobile 15 vers le levier, tout en lui permettant des mouvements relatifs de rotule, grâce à un bossage cylindrique 45 pratiqué dans le contact mobile 15 et adapté à un évidement correspondant pratiqué dans le fourreau et grâce à un écrou hémicylindrique 47 servant de butée. Cet agencement particulièrement avanta­geux permet un remplacement rapide de la pièce d'usure constituée par le contact mobile. En outre, l'écrou cylindrique permet un positionnement correct des contacts mobiles qui sont configurés de sorte que les deux plots entrent en contact simultanément de manière à éviter une usure prématurée de l'un deux.
  • Une autre pièce d'usure qui doit pouvoir être remplacée rapidement est le fond de boîte de coupure. Celui-ci comporte avantageusement une plaquette isolante 18 percée, au centre, d'un trou de passage (16) du four­reau 41. Ladite plaquette est disposée librement dans son logement, mais elle ne peut le quitter sous l'effet d'un choc quelconque étant donné que les cornes de soufflage 31, 32 empêchent un déplacement vertical trop important et que la boîte de soufflage empêchent un mouvement latéral trop important. Ce montage libre permet bien entendu au contact fixe de reprendre les chocs thermiques.
  • Il faut encore noter que les contaxts fixes 17 sont rivetés sur les cornes de soufflage. De cette maniè­re, on obtient un bon refroidissement, une bonne jonction électrique, une fixation mécanique des contacts mobiles et un remplacement facilité de ceux-ci en même temps que les cornes de soufflage.
  • Il est bien évident que l'invention ne se limite pas aux formes d'exécution décrites mais qu'elle s'étend au cadre défini par les revendications.
  • Il est encore à noter, en vue de souligner les avantages qui résultent de l'agencement selon la présente invention, qu'un interrupteur électromagnétique selon l'invention peut être dimensionné 3 à 4 fois plus faible­ment qu'un interrupteur classique pour couper un courant de même intensité.
  • Il en résulte que les interrupteurs selon la présente invention gagnent de l'intérêt et sont économi­quement plus intéressants que les interrupteurs pneumati­ques, notamment dans les applications susmentionnées.
  • Il est bien évident que l'interrupteur selon l'invention est dimensionné selon la pratique de l'homme du métier, en respectant les séparations des conducteurs à nu dans l'air et en tenant compte des forces de contact nécessaires.

Claims (10)

1. Interrupteur électromagnétique comportant un électroaimant (3, 5) équipé d'une armature mobile bascula­ble (7) prolongée de manière à former un levier (9) por­tant à son extrémité un contact mobile (15) déplaçable par rapport à des contacts fixes (17), les mouvements d'ouver­ture et de fermeture du contact étant commandés par l'élec­troaimant (3) et par un ressort de rappel (23) caractérisé en ce que le levier (9) solidaire de l'armature mobile (7) est agencé de manière basculable sur un axe de rotation (11) disposé de manière telle que les deux bras du levier disposés de part et d'autre de l'axe de rotation (11) soient en équilibre en ce qui concerne les masses.
2. Interrupteur électromagnétique selon la re­vendication 1 caractérisé en ce que l'axe de rotation (11) du levier (9) solidaire de l'armature mobile (7) est agencé sur l'armature fixe (3), 13) de l'électroaimant (3, 5).
3. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que laxe de rotation (11) du levier (9) est agencé sur l'arête de l'extrémité (13) de l'armature fixe (3), dispo­sée du côté de la bobine (5) de l'électroaimant.
4. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le ressort de rappel (23) est disposé à proximité du point de rotation (11) du levier (9).
5. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le levier (9) comporte des masselottes pour équili­brer les masses.
6. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des contacts auxiliaires (19, 20), le levier étant équilibré du point de vue des masses..
7. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'angle d'ouverture est inférieur à 10°.
8. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le contact fixe (17) est équipé de cornes de souf­flage (31, 32) qui sont éventuellement logées dans une boîte de soufflage (33).
9. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le contact mobile (15) est monté sur l'extrémité du levier (9) via un fourreau (41) solidaire du levier (9), comportant un ressort (43) qui attire le contact mobile (15) vers ledit levier (9), tout en lui permettant des mouvements relatifs de bascule, grâce à un bossage cylin­drique (45) pratiqué dans le contact mobile (15) et adapté à un évidement correspondant du fourreau et grâce à un écrou hémicylindrique (47).
10. Interrupteur électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les contacts fixes (17) sont rivetés sur les cornes de soufflage (31, 32) qui maintiennent une plaquette isolante (18) percée d'un trou de passage (16) du fourreau (41), ladite plaquette isolante (18) étant disposée libre­ment dans son logement dans le fond de la boîte de coupure (33).
EP86870071A 1986-05-26 1986-05-26 Interrupteur électromagnétique Withdrawn EP0252198A1 (fr)

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